DirectStorage четыре года спустя: поддержка 5 игр и неоднозначные результаты

Почему скорость NVMe не превращается в короткие загрузки

Стандартные функции файлового ввода-вывода в Windows, по собственной оценке Microsoft, разработаны более 30 лет назад и с тех пор практически не менялись. Проектировались они под накопитель с вращающимися пластинами и подвижной головкой, где узким местом была механика, а не программная обвязка.

Характер нагрузки изменился радикально. Игры прошлого поколения расходовали на потоковую подачу ресурсов порядка 50 МБ/с, что при блоках по 64 КБ даёт сотни запросов в секунду. Чтобы насытить накопитель на 2,4 ГБ/с теми же блоками, требуется уже более 35 тысяч запросов ввода-вывода в секунду – такую оценку в Microsoft привели при анонсе. Классический API обрабатывает запросы по одному: приложение отправляет запрос, ждёт завершения, разбирает результат. Накладные расходы на единичный запрос невелики, но, помноженные на десятки тысяч в секунду, они съедают заметную долю процессорного времени.

Вторая статья расходов – распаковка. Ресурсы поставляются сжатыми, иначе установочный размер игры вырос бы кратно. Разжимает их центральный процессор, и пока он перемалывает гигабайты, видеокарта простаивает.

Пакетные запросы и распаковка на видеокарте

Оптимизаций в DirectStorage две. Первая – сокращение накладных расходов операционной системы: запросы отправляются пакетами и раскладываются по аппаратным очередям NVMe, а разработчик сам выбирает момент получения уведомлений о завершении вместо реакции на каждую мелкую операцию. Вторая – распаковка ресурсов силами видеокарты.

Смысл второй становится ясен, если вспомнить устройство GPU: тысячи простых ядер, эффективных на однотипных параллельных операциях. Разжатие сжатого потока – ровно такая задача. В DirectStorage 1.1, вышедшем 7 ноября 2022 года, для этого появился формат GDeflate, предложенный NVIDIA и опубликованный как открытый стандарт: эталонные реализации компрессора и декомпрессора выложены под лицензией Apache 2.0. Данные остаются сжатыми на всём пути до видеопамяти. Запросы ввода-вывода по-прежнему обслуживает центральный процессор, но основную вычислительную нагрузку с него снимают.

В демонстрационном примере Microsoft сцена загружалась за 0,8 секунды при распаковке GDeflate на GPU против 2,36 секунды при распаковке Zlib на CPU – почти трёхкратная разница. Для версии 1.0, где распаковки на видеокарте ещё не было, в Microsoft заявляли сокращение времени загрузки до 40% при установке игры на NVMe.

Требования: Windows 10 или 11, NVMe и Shader Model 6.0

Отдельного переключателя в системе нет: при совпадении всех условий технология включается автоматически, а игра без поддержки DirectStorage работает по-старому.

• Операционная система – Windows 10 или Windows 11. Дополнительные оптимизации стека ввода-вывода доступны только в Windows 11, и именно её в Microsoft рекомендуют.
• Накопитель – игры с DirectStorage запускаются на любом, но заметный выигрыш даёт только NVMe SSD.
• Видеокарта – любая с поддержкой DirectX 12 и Shader Model 6.0; рекомендация Microsoft – уровень DirectX 12 Ultimate.
• Драйвер – при отсутствии оптимизированного драйвера от производителя видеокарты распаковка выполняется через универсальную реализацию на DirectCompute.
• Игра – поддержка закладывается на этапе разработки, задним числом её не включить.

Аппаратный блок распаковки Xbox Series X и его отсутствие на ПК

Начинался DirectStorage как часть Xbox Velocity Architecture – связки из четырёх компонентов Xbox Series X.

• Кастомный NVMe SSD на 1 ТБ с сырой пропускной способностью 2,4 ГБ/с – более чем в 40 раз выше показателей Xbox One, с упором на стабильную, а не пиковую скорость.
• Блоки аппаратной распаковки с поддержкой стандартного декомпрессора LZ и проприетарного алгоритма BCPack для текстур. При степени сжатия 2:1 эффективная скорость подачи данных достигает 4,8 ГБ/с; программный эквивалент такой распаковки, по расчётам Microsoft, потребовал бы более четырёх ядер Zen 2.
• API DirectStorage с очередями, приоритетами и низкой задержкой.
• Sampler Feedback Streaming – примерно 2,5x к эффективной пропускной способности ввода-вывода и использованию памяти в среднем.

Ключевое отличие ПК – в перечне отсутствует второй пункт. Аппаратного блока распаковки в обычной системе нет, и его работу берут на себя вычислительные блоки видеокарты, расходуя производительность и бюджет мощности, которые иначе ушли бы на кадры. Каждая сэкономленная на загрузке секунда потенциально занята у частоты кадров – в этом размене и заключается вся история DirectStorage на ПК.

Тесты ComputerBase: RTX 4080 в Ratchet & Clank без двух библиотек

Первой игрой с DirectStorage стала Forspoken, вышедшая 24 января 2023 года: по заявлению её разработчиков, DirectStorage 1.1 сократил загрузку с 10 секунд до одной. Второй стала Ratchet & Clank: Rift Apart, и с ней вышло скверно.

В августе 2023 года в сети появились сообщения, что удаление из каталога игры двух файлов – dstorage.dll и dstoragecore.dll – заметно поднимает производительность на видеокартах NVIDIA. Редакция ComputerBase проверила это измерениями. В разрешении 3840x2160 с масштабированием в режиме Quality средняя частота кадров на GeForce RTX 4080 без этих файлов выросла на 9%, а 1% перцентиль – на 26%.

На Radeon RX 7900 XTX разница уложилась в погрешность измерения. Недостатков у удаления файлов редакция не нашла: игра грузилась одинаково быстро в обоих случаях, а переходы через порталы на GeForce с этими файлами занимали даже чуть больше времени и сопровождались более заметными рывками. Отдельно проверили влияние накопителя: на SATA SSD с файлами DirectStorage RTX 4080 в Full HD показала 124,1 против 160,8 кадра в секунду на NVMe, то есть на 23% меньше, а по перцентильным кадрам – на 32% меньше (71,7 против 105,7). На Radeon смена накопителя снова ни на что не повлияла. Выпущенный позже хотфикс GeForce 537.09 на тестовой системе ComputerBase проблему не устранил.

Редакция при этом оговорилась: что именно делают эти две библиотеки и отключается ли DirectStorage полностью после их удаления, точно не установлено. Известно лишь, что на GeForce и, судя по сторонним сообщениям, на Intel Arc с ними что-то работало неправильно.

С Forspoken вышло ровно наоборот – там претензию к технологии сняли сами тестировщики. Издание PC Games Hardware сообщило о падении средних FPS примерно на 10% при работе DirectStorage, но в замер попали экраны загрузки: медленный SATA-накопитель дольше грузил уровень и тем самым завышал средний результат. На методическую ошибку указали в ComputerBase и Digital Trends, автор исходной публикации выводы отозвал.

Почему в Nixxes отказались от распаковки на GPU в Horizon Forbidden West

Самый показательный случай – порт Horizon Forbidden West 2024 года. DirectStorage в игре есть, а распаковки на видеокарте нет, и это осознанный выбор. Причины команда Nixxes изложила в техническом интервью Digital Foundry.

Первая: распаковка на GPU работает только с GDeflate, а значит жёстко фиксирует формат сжатия для всего проекта. Вторая: GDeflate создаёт ощутимую нагрузку на видеокарту и оправдан там, где игра упирается в процессор, тогда как Horizon Forbidden West упирается в GPU. Третья: помимо расхода пропускной способности возникают проблемы планирования задач в драйвере, из-за которых частота кадров становится непредсказуемой, а обойти их со стороны игры не получается. В итоге вся распаковка выполняется на процессоре форматом LZ4, который в тестах студии стабильно выигрывал по соотношению размера на диске и скорости разжатия.

От главной функции API отказалась студия, портировавшая на ПК и Ratchet & Clank, и обе части Horizon, и Marvel’s Spider-Man 2. О зрелости технологии это говорит больше, чем любые презентации.

Какие игры поддерживают DirectStorage

Список игр с поддержкой DirectStorage до сих пор остаётся небольшим. После выхода Forspoken в 2023 году технологию получили Ratchet & Clank: Rift Apart и Forza Motorsport. При этом в Forza Motorsport DirectStorage используется только для ускорения загрузки данных — распаковка выполняется на центральном процессоре. Вышедшая в 2024 году Horizon Forbidden West Complete Edition также обходится без распаковки на GPU. В 2025 году поддержку технологии получили Marvel’s Spider-Man 2, Assassin’s Creed Shadows и The Last of Us Part II.

Из всех этих проектов именно Marvel’s Spider-Man 2 можно назвать самым удачным примером использования DirectStorage: игра отличается очень быстрыми загрузками и почти мгновенными перемещениями по карте. В то же время из игр, по которым есть подтверждённая техническая информация, распаковку ресурсов на видеокарте использует только Ratchet & Clank: Rift Apart — и именно в ней эта функция вызывала проблемы с производительностью на некоторых видеокартах GeForce. Для Assassin’s Creed Shadows и The Last of Us Part II разработчики не раскрывали, какой способ распаковки используется.

Причина столь небольшого числа игр вполне объяснима. Полноценная интеграция DirectStorage требует пересмотреть весь процесс хранения, сжатия и потоковой загрузки игровых ресурсов. Это месяцы дополнительной инженерной работы, при этом выгода далеко не всегда очевидна. Кроме того, ПК остаётся крайне разнообразной платформой: если на Xbox разработчик заранее знает характеристики накопителя, то на компьютерах игроков могут использоваться как современные NVMe SSD PCIe 5.0, так и старые SATA SSD или даже жёсткие диски. В результате большинство студий предпочитают делать игры, одинаково работающие на широком спектре конфигураций. А поскольку в современных проектах узким местом чаще становится видеокарта, использование распаковки на GPU нередко выглядит как обмен нескольких секунд загрузки на часть производительности в игре.

Zstandard и библиотека GACL в DirectStorage 1.4

На конференции GDC 2026 Microsoft представила публичную предварительную версию DirectStorage 1.4. Главным нововведением стала поддержка алгоритма сжатия Zstandard (Zstd), который теперь можно использовать наряду с GDeflate. Распаковка Zstd поддерживается как на центральном процессоре, так и на видеокарте, а выбор способа остаётся за разработчиком. При этом GDeflate по-прежнему поддерживается и не считается устаревшим.

Microsoft также опубликовала вычислительный шейдер для распаковки Zstd, который производители видеокарт могут использовать как основу для собственных оптимизированных реализаций. В текущем виде он рассчитан на работу с блоками данных размером до 256 КБ, что соответствует типичной схеме потоковой загрузки игровых ресурсов.

Одновременно стала доступна первая предварительная версия библиотеки Game Asset Conditioning Library (GACL) 1.0. Она выполняет дополнительную обработку текстур перед их сжатием, благодаря чему в отдельных случаях эффективность Zstd может увеличиваться до 50% без заметного роста затрат на распаковку во время игры. Все обратные преобразования выполняются автоматически средствами DirectStorage, поэтому игровому движку не требуется учитывать их в своей работе. Пока GACL поддерживает форматы BC1, BC3, BC4 и BC5, а поддержку BC7 Microsoft планирует добавить позже.

Есть и менее заметные, но важные изменения. В DirectStorage 1.4 появилась глобальная поддержка CreatorID через API DStorageSetConfiguration2, позволяющая точнее учитывать нагрузку DirectStorage при планировании очередей команд D3D12. Именно на проблемы с планированием нагрузки ранее публично жаловались разработчики Nixxes. В текущей предварительной версии также известно об ограничении: промежуточные буферы объёмом более 256 МБ могут вызывать сбои на некоторых видеокартах, поэтому Microsoft рекомендует использовать меньший размер.

AMD, Intel, NVIDIA и Qualcomm уже работают над оптимизациями драйверов для новых возможностей DirectStorage. Ожидается, что большая часть этих улучшений появится в течение 2026 года, однако на середину июля подтверждений о выпуске соответствующих драйверов ещё не было.

Стоит ли покупать SSD PCIe 5.0 ради DirectStorage

Короткий ответ — нет. Это подтверждают тесты, проведённые ещё во времена выхода Forspoken, где встроенный бенчмарк позволял напрямую сравнить скорость загрузки на разных накопителях.

Разница между SSD с интерфейсами PCIe 3.0 и PCIe 5.0 при загрузке семи сцен составила около трёх секунд, хотя теоретическая пропускная способность PCIe 5.0 почти в четыре раза выше. Причина проста: даже в самых тяжёлых сценах игра редко использовала скорость накопителя выше 3 ГБ/с. Гораздо большее значение имел сам тип накопителя. Одно и то же сохранение загружалось за 4,1 секунды на NVMe SSD и за 10,2 секунды на SATA SSD — более чем в два раза дольше.

Те же тесты показали ещё две интересные закономерности. Во-первых, производительность процессора влияет на скорость загрузки сильнее, чем поколение интерфейса PCIe. Например, один и тот же NVMe-накопитель в системе с Core i9-12900K загружал сцену за 4,1 секунды, а с Ryzen 5 3600 — за 6,7 секунды. Во-вторых, значение имеет и версия Windows. При включённом DirectStorage загрузка занимала 6,8 секунды в Windows 11 против 8,8 секунды в Windows 10, тогда как без DirectStorage обе системы показывали практически одинаковый результат — около 11,8 секунды.

Практический вывод прост: переход с SATA SSD на любой NVMe-накопитель даст гораздо более заметный прирост, чем замена NVMe PCIe 3.0 на дорогую модель PCIe 5.0. Поэтому покупать SSD Gen5 исключительно ради DirectStorage сегодня особого смысла нет.

Почему DirectStorage пока не стал стандартом

Разработчики охотно используют возможности DirectStorage для ускорения ввода-вывода, а вот от распаковки данных на видеокарте чаще всего отказываются. Причина кроется в различиях между ПК и консолями. В Xbox за распаковку отвечает отдельный аппаратный блок, тогда как на ПК эту работу выполняет GPU, отнимая часть ресурсов у рендеринга. Пока потоковая загрузка данных не становится серьёзным узким местом, такой компромисс чаще оказывается невыгодным.

Покупать специальный SSD ради DirectStorage сегодня не имеет смысла. Технология работает на любом ПК с NVMe-накопителем, но только в тех играх, где её поддержка реализована разработчиками. DirectStorage 1.4 с поддержкой Zstandard, открытым шейдером распаковки и улучшенным планированием очередей устраняет ряд проблем, на которые ранее жаловались студии. Насколько эти изменения повлияют на распространение технологии, станет понятно после выхода новых драйверов и появления первых игр на базе DirectStorage 1.4.